热休克蛋白和肿瘤关系研究进展＊

延安大学医学院（延安716000） 何静子 综述 许静洪 审校

热休克蛋白（Heat shock protein，HSP）是一组高度保守的蛋白质，当各种各样的理化环境侵扰机体时，诱导HSP通过不同的作用机制保护细胞，是细胞在致命条件下生存的关键［1］。在动物模型中，超表达的HSP能加强肿瘤的生长和抵制化疗。HSP损耗或抑制通常与肿瘤的大小密切相关，有时甚至可以导致肿瘤的完整的退化。临床研究表明，HSP的表达关系到临床治疗效果［1］。目前，人们正在积极探索以抑制HSP来治疗肿瘤的新的方法，作为基础，人们对HSP蛋白的结构、作用和生理功能进行了大量的研究，并获得了巨大的进展。热休克蛋白根据分子量大小，主要分为四个家族：HSP90家族（83～90kD）、HSP70（66～78kD）家族、HSP60家族及小分子 HSP家族（15～30kD，包括 HSP27）。此外还有分子量在100～110kD的大分子HSP。热休克蛋白家族成员的表达是既定的形式分布，存在于不同的亚细胞的隔间。高分子量HSP是依赖ATP的分子陪伴，而分子量小的HSP是不依赖ATP的分子伴侣。近几年研究最多的热休克蛋白是：HSP90、HSP70和HSP27。本文介绍了HSP90、HSP70、HSP27这三种热休克蛋白及与其相关的肿瘤领域的研究，重点阐述了HSP90的结构、功能和抑制剂进展。

1 HSP70和肿瘤的关系

1．1 HSP70的结构 人类细胞包含多个HSP70家族成员。包括诱导型HSP70、结构型HSP70和线粒体型HSP70，HSP70家族以分子伴侣的形式在功能蛋白质的形成以及细胞功能的保护方面具有多方面作用［2］。主要结构从N端至C端可分为4个区域：近N端保守的ATP酶结合区，中间的蛋白酶敏感点，近C端的肽结合区，C端的可变区及末端的EEVD基序，HSP70成员的基序序列具有特异性，只有位于胞质中的HSP70基序序列为 EEVD［2］。

1．2 HSP70的功能 在正常情况下，HSP70发挥作用是以ATP依赖的方式结合成多肽链的疏水区，再通过有控制的释放帮助其折叠，形成功能蛋白构象。此外，在蛋白质的跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程中也发挥重要的作用。HSP70家族以分子伴侣的形式在功能蛋白质的形成以及细胞功能的保护方面具有多方面作用［3］。HSP70可以阻止细胞色素C从线粒体释放，起到抗凋亡功能。通过交叉递呈，HSP70多肽复合物比单独的肿瘤多肽激活的T淋巴细胞反应更强烈［4］。

1．3 HSP70的抑制剂 已经证明，依据AIF（Apoptosis inducing factor）以HSP70为目标通过合理的设计，可以激活肿瘤细胞，通过HSP70的中和能力诱导凋亡；所有这些AIF衍生的多肽需要绑定在其PBD（Peptide binding domain）才能发挥功能，这些抑制剂，称为 ADD70（AIF派生的诱饵 HSP70）［1］。已经证明，ADD70抗肿瘤是激活肿瘤的特异性CD8＋的细胞毒性的T细胞［1］。HSP70特定化学分子抑制剂称为PES（2-phenyl ethyne sulfonamide），与之进行交互的是 HSP70的 C端。PES与HSP70的分子伴侣作用导致蛋白的错误折叠聚合，溶酶体膜的不稳定，从而诱导细胞死亡［4］。

2 HSP90

2．1 HSP90的结构 HSP90是广泛分布于真核细胞的伴侣蛋白。人类中分布最多的是HSP90α和HSP90β异构体，分别由730和724个氨基酸组成，分别由两个截然不同的基因表达。它们有86%的相似性在蛋白序列上，而且他们的n端在晶体结构上很相似的。HSP90的每个单体被分成3个主要的结构域：N-末端结构（NT）、中间域（M）、C-来端结构（cT）。NT是ATP／ADP的结台位点，是负责蛋白质的ATP酶活性，另外一个特征足有一个叫“ATP Lid”片段，实验数据表明．在HSP90与ATP结合后，此片段进行构象重排，致使NT区域出现短暂二聚化，此片断的摆动受底物的影响［5］。中间域能与其他分子伴侣（p50CDC37，p23，Aha1）以及其他蛋白发生结合；C端二聚化结构域包括TRP基序EEVD在内。HSP90经过不同的转录修饰后（磷酸化、乙酰化、亚硝基化）有调节功能。

2．2 HSP90功能 HSP90的客户蛋白大概有200个，这些蛋白发挥着重要的功能，包括促进细胞生长、增殖和存活，大多数也参与了肿瘤的生长过程。抑制HSP90ATP酶的活性，干扰了多个伴侣蛋白正在参与进行的折叠过程，导致客户蛋白不稳定，发生蛋白介导的泛素化修饰，最终通过蛋白酶体途径降解。针对HSP90能够同时阻断多个致瘤信号通路的转导途径，可以作为肿瘤治疗的方法。此外，在一些肿瘤细胞中HSP的表达或ATP酶的活性都有升高。HSP90也被报道成是一个增加肺癌表皮生长因子活动的突变受体［6］。

2．3 HSP90的抑制剂为肿瘤治疗的新兴方向 HSP90抑制剂主要天然抑制剂和人工设计合成的抑制剂。天然HSP90抑制剂有局限性，所以尝试人工合成新的HSP90抑制剂，这些抑制剂的结构大都针对HSP90N末端ATP口袋结构设计合成。

2．3．1 天然 HSP90抑制剂及其衍生品：格尔德霉素（Geldanamycin，GA），是第一个被发现并进行深入研究的HSP90抑制剂，最初从吸水链霉菌（Streptomyces hygroscopicus）发酵液中分离得到的苯醌安莎类霉素。苯醌安莎霉素类抗生素在体外和体内都具有强大的抗肿瘤活性。格尔德霉素可以专一地与HSP90结合，其抗肿瘤活性通过竞争性结合HSP90N末端ATP／ADP的结合位点，改变HSP90构象，特异性抑制HSP90所需的ATP酶的活性，并使其不能与效应蛋白及其他小分子蛋白形成复台体，从而抑制其行使正常分子伴侣功能，导致客户蛋白降解，阻断肿瘤赖以生存的信号通路［7］。其具有较强的抗肿瘤活性，但由于溶解性低、体内稳定性差、肝脏毒性大，未进入临床试验。针对GA的缺点，研究和开发了其衍生物17-烯丙胺-17-去甲氧基格尔德霉素（17-allyamino-17-demethoxygeldanamycin，17-AAG）抗肿瘤活性比GA高而且肝毒性也降低，是第一个进入临床试验的HSP90抑制剂，目前已经进入Ⅲ期临床试验阶段。但是溶解度比较差，有一定的肝毒性且生物利用度有限，对不同类型的肿瘤和不同情况的患者疗效差异显比较大。

17-DMAG（17-Dimethylaminoethylamino-17-demethoxygeldanamycin）是第二代格尔德霉素衍生物，其水溶性和生物利用度有所增加，己进入临床试验阶段，结果表明其毒副作用也具有剂量和疗程依赖性［8］。已进入一期临床试验阶段，在多种白血病和实体肿瘤上具有可耐受的毒性［9］。

根赤壳菌素（Radicicol，RD）是分离自 Monosporium bonorden的大环内酰胺类抗生素。它有强大的抗肿瘤特性，但在肿瘤异种移植模型中活性降低，可能因为其在体内的化学不稳定性造成的。根据这个原理，设计了间苯二酚的吡唑及异恶唑抑制剂，提高了在体内发挥作用的能力以及具有更好的溶解度。现己通过合成法获得根赤壳菌素的肟衍生物（KF25706、KF58332、KF58333）及环丙烷衍生物来提高体内活性［7］。

2．3．2 HSP90的合成抑制剂：根据 HSP90抑制剂，嘌呤类化合物是N-末端独特的核苷酸连接口袋设计而成，所以选择嘌呤化合物主要对HSP90ATP酶活性的抑制剂。最初合成的这类化合物是PU系列，如PU-H71和PU-DZ8。与正常组织相比，PU-H71能优先在淋巴瘤细胞中聚集，在体内以HSP90靶标蛋白BCL-6依赖的方式特异性抑制淋巴瘤细胞的生长［10］。CNF-2024（or BIIB021）一种嘌呤结构的口服制剂能通过抑制NF-κB信号通路诱导霍奇金淋巴瘤细胞的死亡［11］。

2．3．3 HSP90的抑制剂小结：以乳腺肿瘤为例，约有30%的乳腺癌病人过度表达HER2，HER2的过度表达是预后不良的指征［12］。瞄准HER2的信号通路的单克隆抗体，通过HSP90抑制剂进一步抑制这条信号传导通路，能改善临床结果。17-AAG已经被证明能够诱导HER2降解，在异种移植上抑制肿瘤生长［13］。Shepherdin是HSP90客户蛋白肿瘤细胞存活关键调控因子生存素与HSP90相互作用的肽类拮抗剂。它能与HSP90的ATP结构域结合。体外实验表明，Shepherdin能诱导肿瘤细胞死亡，但并不影响纯化造血祖细胞的克隆形成能力［1］。

3 HSP70与HSP90的联合抑制 HSP70与HSP90抑制剂的结合被认为是一个新的研究方向，已经被证明一些肿瘤细胞中，肿瘤病理的分级的增加，HSP70的表达增加，而HSP90的表达减弱［14］。HSP70的高表达时，诱发HSP90抑制剂，这对肿瘤细胞更具有选择性。这是因为HSP70家族的高度保守钙调素结合结构域的生物学特性［1］。损耗HSP70可以通过干扰RNA增加细胞的敏感来自17-AAG。同时HSC70和HSP70依赖HSP90蛋白客户诱发蛋白酶体降解［15］。在肿瘤的治疗这将是一个新的研究方向。

4 HSP27和肿瘤 HSP27（HSPB1）与其他小分子量HSP家族成员都具有能形成寡聚体复合物和磷酸化的能力。体内诱导HSP27磷酸化的信号通路是 MAPKAP-2／3和P38 MAPK［16］。这是一个可逆的磷酸化，调节蛋白质的寡聚体。研究表明，HSP27与多种肿瘤的关系密切，如乳腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌和白血病中［17］。随着研究的深入，HSP 27与肿瘤的关系越来越被人们重视，在一些乳腺癌细胞患者中，HSP 27表达能够明显地增加乳腺癌细胞的侵袭和转移能力，是预后不良标志［1］。深入研究HSP27在肿瘤细胞的表达及其表达调控机制，对肿瘤的临床治疗很有意义。HSP27在肿瘤治疗上是一个新的方向，但是其结构的复杂性也带来了新的挑战。

5 结束语 HSP对机体具有保护作用，参与大部分细胞的生命活动，研究中发现，HSP与疾病的关系密切，尤其在肿瘤的治疗中成为一个热点。进一步寻找方便、可用的新型HSP抑制剂并对评估其临床效果，是HSP未来研究的主要方向。

［1］ Gaetan Jago ，Adonic Hazoume ．Targeting heat shock proteins in cancer［J］．Cancer Letters，2013，332：275 –285．

［2］ Daugaard M，Rohde M，J FEBS Lett M．The heat shock protein 70 family：highly homologous proteinswith overlapping and distinct functions［J］．FEBS Lett，2007，581（19）：3702-3710．

［3］ 黄 丽．热休克蛋白70抗肿瘤免疫的研究进展［J］．Medical Recapitulate，2011，17：205-206．

［4］ Tsan MF，Gao B．Heat shock proteins and immune system［J］．J Leukoc Biol，2009，85（6）：905-910．

［5］ Gopal U，Bohonowych JE，Lema-Tome C，etal．A novel extracellular HSP90mediated co-receptor function for LRP1regulates Eph A2dependent glioblastoma cell invasion［J］．PLoS One，2011，6：e17649．

［6］ Shimamura T，Shapiro GI．Heat shock protein 90inhibition in lung cancer［J］．Thorac Oncol，2008，（3）：S152–159．

［7］ 孟 帅，山广志，李卓荣．HSP90抑制剂的研究进展［J］．中国抗生素杂志，2011，36（4）：241．

［8］ Pacey S，Wilson RH，Walton M，etal．A phase I study of the heat shock protein 90inhibitor alvespimycin（1 7-DMAG）given intravenously to patients with advancod solid tumors［J］．Clin Cancer Res，2011，17（6）：1561．

［9］ Kummar S，Gutierrez ME，Gardner ER，etal．Aheat shock protein inhibitor eur［J］．Cancer，2010，（46）：340–347．

［10］ Cerchietti LC，Lopes EC，Yang SN，etal．A purine scaffold HSP90inhibitor destabilizes BCL-6and has specific antitumor activity in BCL-6-dependent B cell lymphomas［J］．Nat Med，2009，15（1）：1369-1376．

［11］ Boll B，Eltaib F，Reiners K S，etal．Heat shock protein 90inhibitor BIIB021 （CNF2024）depletes NF-kappa B and sensitizes Hodgkin’s lymphoma cells for natural killer cell-mediated cytotoxicity clin［J］．Cancer Res，2009，155（1）：108-5116．

［12］ Pick E，Kluger Y，Giltnane JM，etal．High HSP90 expression is associated with decreased survival in breast cancer［J］．Cancer Res，2007，（67）：2932–2937．

［13］ Morrow PK，Zambrana F，Esteva FJ．Recent advances in systemic therapy：Advances in systemic therapy for HER2-positive metastatic breast cancer［J］．Breast Cancer Res，2009，（11）：207．

［14］ Lanneau D，Brunet M，Frisan E．Heat shock proteins：Essential proteins for apoptosis regulation［J］．J Cell Mol Med，2008，（12）：743–761．

［15］ Powers MV，Clarke PA，Workman P．Dual targeting of HSC 70 and HSP 72 inhibits HSP 90 function and induces tumor-specific apoptosis［J］．Cancer Cell，2008，（14）：250–262．

［16］ Kostenko S，Moens U．Heat shock protein 27phosphorylation：Kinases，phosphatases，functions and pathology［J］．Cell Mol Life Sci，2009，（66）：3289–3307．

［17］ Huang Q，Ye J，Huang Q，etal．Heat shock protein 27is over-expressed in tumor tissues and increased in sera of patients with gastric adenocarcinoma［J］．Clin Chem Lab Med，2010，48（2）：263-269．